組成人體蛋白質的氨基酸有20種，其中有8種是人體本身不能合成的(嬰兒為9種，比成人多的是組氨酸）。我們進食的蛋白質中如果包含了所有的氨基酸，這種蛋白質便叫作全蛋白。牛奶中的蛋白質便是全蛋白。
牛奶中的無機鹽也稱礦物質。牛奶中含有Ca2?、Mg2?、K?、Fe3?等陽離子和PO?3?、SO?2?、Cl?等陰離子；此外還有微量元素I、Cu、Zn、Mn等。大自然中的鈣是以化合態存在的，只有被動、植物吸收后形成具有生物活性的鈣，才能更好地被人體所吸收利用。牛奶中含有豐富的活性鈣，是人類好的鈣源之一，1升新鮮牛奶所含活性鈣約1250毫克，約是大米的101倍、瘦牛肉的75倍、瘦豬肉的110倍，它不但含量高，而且中的乳糖能促進人體腸壁對鈣的吸收，吸收率高達98%，從而調節體內鈣的代謝，維持血清鈣濃度，增進骨骼的鈣化。吸收好對于補鈣是尤其關鍵的。故“牛奶能補鈣”這一說法是有其科學道理的。
牛乳的化學組成，因牛的種類、年齡、飼養方法、采乳時間， 生活及健康狀況、氣溫等不同而各異。每100 g 牛乳含硫胺素0.04 mg，核黃素0.13 mg，尼克酸0.2 mg，抗壞血酸1 mg，維生素A140 IU。牛乳中的蛋白質主要是含磷蛋白質，也含白蛋白及球蛋白。此三種蛋白質都含全部氨基酸。牛乳的脂肪主要是棕櫚酸、硬脂酸的甘油酯， 也含少量低級脂肪酸如丁酸、己酸、辛酸等。此外，還含少量卵磷脂、膽甾醇、色素等。
對于中老年人來說，牛奶還有一大好處，就是，與許多動物性蛋白膽固醇較高相比，牛奶中膽固醇的含量較低，（牛奶：13毫克/100克；瘦肉：77毫克/100克）。值得一提的是，牛奶中某些成份還能抑制肝臟制造膽固醇的數量，使得牛奶還有降低膽固醇的作用。